运输系统工程大作业

1、北京城市学院信息学部2012-2013-2学期运输系统工程课程大作业论文题目：层次分析法在城市轨道交通中的应用专 业： 城市轨道交通运营和管理 班 级： 11城轨专1班 学生姓名： 吴晨昊 学 号： 2013年6月目 录第一章 前言 2其次章 层次分析法理论概述 22.2概述 22.3层次分析法的原理和方法 2第三章 应用层次分析法的优点和其局限性 33.1 层次分析法有着明显的优点 33.2 其在HP在应用上也有其局限性 3第四章 应用层次分析法分析 44.1层次分析法在轨道交通线网方案评价中的应用 44.2利用AHP进行线网规划评价的步骤 4第五章 层次分析法应用举例 65.1应用举例 6

2、5.2应用要点 9第六章 对系统工程的将来展望 106.1加快交通运输基础设施发展 106.2主动建设全国性交通大通道 106.3进一步建设和完善客货运输系统 10附-得分状况表 12第一章 前 言城市轨道交通在城市公共交通中扮演着重要的角色，其平安性关系着人民的生命和财产平安。本文主要介绍层次分析法在城市轨道交通中的应用，探讨了层次分析法在风险评估建模中的应用，以及层次分析法的相关理论、和例举实例论据、分析最终得出结论。其次章 层次分析法理论概述2.1概述层次分析法(Analytical Hierarchy Process，简称AHP法)是美国运筹学家TLSaaty于20世纪70年头中期提出

3、，该法是对非定量事务做定量分析的一种有效方法。这是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法。过去探讨自然和社会现象主要有机理分析和统分析两种方法，前者用经典的数学工具分析现象的因果关系。后者以随机数学为工具、通过大量观测寻求统计规律。近年来发展的系统分析是又一种方法，而层次分析法就是系统分析的数学工具之一。利用AHP，不但可以把一个困难问题简化为有序的递阶层次结构，使决策问题通过简洁地两两比较形式导出，而且还使定性和定量分析有机地结合起来。在城市轨道交通运营车辆风险评估中，由于影响因素的困难性、多样性，并缺少历史阅历和统计资料，因此在风险辨识过程中，尤其是在收集资料和探讨资料、确定主要

4、风险类型、分析基本风险的构成中大量运用了智暴专家组的头脑风暴(Brainstorming)法、德尔菲(Oelphi)法、故障树(FTA)法和幕景分析法，但这些方法往往受专家个人倾向和感受的影响，很难达到志向效果，而层次分析法运用专家阅历学问设置指标体系，用一样性检验推断专家看法的一样性，有效地将定性分析和定量分析结合在一起，为解决特定条件下大中型工程项目的多目标风险评估供应了科学、可行的思路。应用层次分析法可简洁有效的解决风险评估的建模及权重的确定问题。2.2层次分析法的原理和方法层次分析法的原理是把困难的问题分解为各组成因素，将这些因素按支配关系分组，以形成有序的递阶层次结构。通过两两比较推

5、断，确定每一层中因素的相对重要性，建立推断矩 阵，通过矩阵的最大特征值和特征向量的计算，得出该层要素对于上层准则的权重8 。建立层次结构通常的模型最简洁的结构有顶、中、底3层，及为目标层、准则层、分准则层。顶层通常是决策的目标和目的，是唯一的，底层是可供选择的不同方案，中层是分析评价影响方案好坏的因素，如下图所示。 第三章 应用层次分析法的优点和其局限性3.1层次分析法AHP作为一种有用的决策工具有着明显优点层次分析法AHP作为一种有用的决策工具有着明显优点。第一是它的适用性。用AHP进行决策，输入的信息主要是决策者的选择和推断，决策过程充分反映了决策者对决策问题的相识。加之很简洁驾驭这种方法

6、，这就使以往决策者和决策分析者难于相互沟通的状况得到变更，在多数状况下，决策者干脆运用AHP进行决策，这就大大增加了决策的有效性。其次是它的简洁性。了解AHP的基本原理，驾驭它的基本步骤，一个简洁计算器足以完成全部运算，所得的结果简洁明确，一目了然。第三是它的好用性。AHP不仅能进行定量分析，也可以进行定性分析。它把决策过程中定性和定量因素有机地结合起来，用一种统一方式进行处理。AHP也是一种最优化技术，从学科的隶属关系看，人们往往把AHP归为多目标决策的一个分支。但AHP变更了最优化技术只能处理定量分析问题的传统观念，使它的应用范围大大扩展。对某些预料、系统分析，AHP也不失为一种有效方法。

7、第四是它的系统性。AHP的特点是把问题看成一个系统，在探讨系统各组成部分相互关系以及系统所处环境的基础上进行决策。对于困难问题系统方式是有效的决策思维方式。相当广泛的一类系统具有递阶层次的形式。AHP恰恰反映了3.2 HP在应用上也有其局限性这主要表现在以下三个方面：第一，AHP的应用主要是针对那种方案大抵确定的决策问题，一般来说它只能从己知方案中选优，而不能生成方案。其次，AHP得出的结果是粗略的方案排序。对于那种有较高定量要求的决策问题，单纯运用AHP是不适合的。第三，在AHP的运用过程中，无论建立层次结构还有构造推断矩阵，人的主观推断、选择、偏好对结果的影响极大，推断失误即可能造成决策失

8、误。这就使得用AHP进行决策主观成分很大。要使AHP的决策结论尽可能符合客观规律，决策者必需对所面l临的问题有比较深化和全面的相识。尽管AHP有局限性，但并不影响它在很多领域的胜利应用。第四章 应用层次分析法应用分析4.1层次分析法在轨道交通线网方案评价中的应用 AHP的基本原理是排序的原理,即最终将各方法(或措施)排出优劣次序,作为决策的依据。详细可描述为:AHP首先将决策的问题看作受多种因素影响的大系统,这些相互关联、相互制约的因素可以依据它们之间的隶属关系排成从高到低的若干层次,叫做构造递阶层次结构。然后请专家、学者、权威人士对各因素两两比较重要性,再利用数学方法,对各因素层层排序,最终

9、对排序结果进行分析,协助进行决策。它的主要特点是定性和定量分析相结合,将人的主观推断用数量形式表达出来并进行科学处理,因此,更能适合困难的社会科学领域的状况,较精确地反映社会科学领域的问题。同时,这一方法虽然有深刻的理论基础,但表现形式特别简洁,简洁被人理解、接受,因此,这一方法得到了较为广泛的应用,尤其适合于对决策结果难于干脆精确计量的场合。4.2利用AHP进行线网规划评价的步骤：建立递阶层次结构。构造推断矩阵并请专家填写。层次单排序和检验单排序是指每一个推断矩阵各因素针对其准则的相对权重。层次总排序和检验。方案决策。建立递阶层次结构。应用 AHP 解决实际问题,要明确分析决策的问题,并把它

10、条理化、层次化,理出递阶层次结构。AHP要求的递阶层次结构一般由以下三个层次组成:1)目标层(最高层) :指问题的预定目标;2)准则层(中间层) :指影响目标实现的准则;3)措施层(最低层) :指促使目标实现的措施。明确各个层次的因素及其位置,并将它们之间的关系用连线连接起来,就构成了递阶层次结构。4.2.2.构造推断矩阵并请专家填写。依据递阶层次结构就能很简洁地构造推断矩阵。构造推断矩阵的方法是:每一个具有向下隶属关系的元素(被称作准则)作为推断矩阵的第一个元素(位于左上角) ,隶属于它的各个元素依次排列在其后的第一行和第一列。重要的是填写推断矩阵。填写推断矩阵的方法是:向填写人(专家)反复

11、询问:针对推断矩阵的准则,其中两个元素两两比较哪个重要,重要多少,对重要性程度按1 - 9赋值。下表是轨道交通线网规划填写后的部分推断矩阵：4.2.3.层次单排序和检验单排序是指每一个推断矩阵各因素针对其准则的相对权重。计算权重有和法、根法、幂法等。须要留意的是,在层层排序中,要对推断矩阵进行一样性检验。推断矩阵可以具有传递性和一样性。在实际中要求推断矩阵满足大体上的一样性,需进行一样性检验。只有通过检验,才能说明推断矩阵在逻辑上是合理的,才能接着对结果进行分析。一样性检验的步骤分两步。第一步,计算一样性指标C.I.(consistency index); C.I. =（max- n）/（n

12、1）其次步,查表确定相应的平均随机一样性指标R.I.(random index);第三步 , 计算一样性比例 C.R.(consistency ratio) 并进行推断。 C.R.=C.I./R.I. 当 C.R.< 0.1 时,认为推断矩阵的一样性是可以接受的,C.R. > 0.1 时,认为推断矩阵不符合一样性要求,须要对该推断矩阵进行重新修正。下表是轨道交通线网规划中填写的部分层次单排序及检验结果表。4.2.4.层次总排序和检验。总排序是指每一个推断矩阵各因素针对目标层(最上层)的相对权重。这一权重的计算采纳从上而下的方法,逐层合成。最终通过对排序结果的分析,得出最终的决策方案

13、。4.2.5.方案决策。从方案层总排序的结果看,方案 1(D1)的权重(0.5809)大于方案2(D2)的权重(0.4691)。因此,最终的决策方案是方案1。4.2.6结论:实践表明,基于层次分析法的城市轨道交通线网规划综合评价指标体系是合理的、科学的,它的建立,将为各大城市轨道交通线网的规划供应更科学的评价参考。第五章 层次分析法应用举例 5.1应用举例： 某市是以钢铁为主的新兴工业城市，近年来，工农业总产值持续稳定增长。但随着生产的发展，运输缺口也越来越大，已经成为经济进一步发展的主要障碍，急需投资交通工程项目，以扩大运输实力。该项目有3个备选方案：水运、马路运输、铁路运输，试用层次分析法

14、对优先发展的运输方案作一排序。 解：（1）分析该运输系统的要素集合及相关关系，用结构分析法建立系统的层次结构模型： （2）确定评价基准或推断标度。（3）从最上层要素起先，依次以最上层要素为依据，对下一层要素两两比较，建立推断矩阵：1.先以第一层要素投资层为依据，对其次层准则层要素建立推断矩阵 投资C B1 B2 B3 B4优先级向量经济效益B1 1 3 3 4 0.4944便利牢靠B2 1/3 1 4 3 0.2854社会效益B3 1/3 1/4 1 2 0.1290环境污染B4 1/4 1/3 1/2 1 0.09122.再以其次层要素为依据，对第三层要素建立推断矩阵。由于此时有4个准则，故

15、有4个推断矩阵： 以“经济效益”为依据对各方案建立推断矩阵经济效益B1 A1 A2 A3 优先级向量水运方案A1 1 1/7 1/5 0.0719马路方案A2 7 1 3 0.6491铁路方案A3 5 1/3 1 0.2790 以“便利牢靠”为依据对各方案建立推断矩阵便利牢靠B2 A1 A2 A3优先级向量水运方案A1 1 5 3 0.6483马路方案A2 1/5 1 1/2 0.1220铁路方案A3 1/3 2 1 0.2297 以“社会效益”为依据对各方案建立推断矩阵社会效益B3 A1 A2 A3 优先级向量 水运方案A1 1 2 3 0.5400马路方案A2 1/2 1 2 0.2970

16、铁路方案A3 1/3 1/2 1 06133 以“环境污染”为依据对各方案建立推断矩阵 环境污染B4 A1 A2 A3优先级向量水运方案A1 1 3 5 0.6483马路方案A2 1/3 1 2 0.2297铁路方案A3 1/5 1/2 1 0.1220（4）依据推断矩阵，计算各要素的优先级向量：（5）确定总体优先级向量：(总体优先向量计算结果)投资C B1 B2 B3 B4总体优先级 0.4944 0.2854 0.1290 0.0912 A1 0.0719 0.6483 0.5400 0.6483 0.3493 A20.6491 0.1220 0.2970 0.2297 0.4150 A3

17、0.2790 0.2297 0.1633 0.1220 0.2357总体优先级向量的计算如下：（6）依据优先级别向量，对系统进行分析、评价、排序。依据总体优先级向量，可知，水运方案的总体优先级为0.3493，马路方案的总体优先级为0.4150，铁路方案的总体优先级为0.2357。可以认为三个方案的排序应为A2、A1、A3，即应选择马路方案。3.应用要点在应用层次分析法进行系统评价的时候，要留意以下几点：（1） 正确建立系统的层次结构模型。因为层次分析法是以系统的层次结构模型为基础的，只有层次结构模型正确，在此基础上所做的分析才是可信的、牢靠的。（2） 推断矩阵一样性的检验。层次分析法是将分析者

18、的思维过程数学化的一种方法。但是在一般的系统评价中，由于涉及的因素量多且广，对有些因素评价者不行能给出精确的比较推断，就可能会产生推断的不一样性。这种推断的不一样性可以由推断矩阵的特征根的变更反映出来。因此，引入推断矩阵最大特征根的概念，来进行推断矩阵一样性的检验。 依据矩阵理论可知，假如 满足：则， 就是矩阵M的特征根，并且，对于全部的 有：明显，当矩阵M具有完全一样性时， ，其余特征根均为零；而当矩阵M不具有完全一样性时，则有：其余特征根 有如下关系：当矩阵M具有满足一样性时， 稍大于n，而其余特征根也接近于零。 所以，当推断矩阵不能保证完全一样性时，相应的推断矩阵的特征根也将发生变更，这

19、就可以用推断矩阵的特征根的变更来检查推断矩阵的一样性程度。即用检查系统评价者推断思维的一样性。 当 时，为完全一样；CI的值越大，推断矩阵的完全一样性越差，一般，只要CI0.1，就认为推断矩阵的一样性可以接受，否则要重新进行两两比较。（3）当推断矩阵的维数n越大时，推断的一样性就差，故应放宽对高价推断矩阵一样性的要求。于是，引入推断矩阵的平均随机一样性指标RI值：即用更为合理的平均随机性指标CR进行推断矩阵一样性的检验。对于19阶推断矩阵，其RI值分别见表维数n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RI 0.00 0.00 0.58 096 112 1.24 1.23 1.41 1.45例如，

20、比例中便利牢靠准则 对3个运输方案建立的推断矩阵的最大特征根及一样性检验如下： 由：有最大特征根为：则:且:故认为准则 对3个运输方案建立的推断矩阵的一样性较好，是可以接受的。同样，可求得其余几个推断矩阵的最大特征根，并经过一样性检验后，认为其余几个推断矩阵的一样性也较好，也是可以接受的。第六章 将来交通运输系统工程的将来发展设想和展望通过本学期对交通运输系统工程的学习和了解，我对该方面将来的发展有以下几点设想和展望：1加快交通运输基础设施发展，增加交通运输服务实力将来的交通运输建设必需主动贯彻“以发展为主题”的方针，接着加大交通基础设施的建设。2主动建设全国性交通大通道，实现各区域间的通畅连

21、接全国性大通道由多条东西和南北向的运输干线构成，作为国家运输系统的主骨架，是在大客货流方向上由多种运输方式交通线路构成的运输走廊。大通道担负着区域间的大密度客货沟通的重任，连接着区域经济中心、重要工业基地和众多的大中型城市，并和多个地区交通网相连接。建设全国性大通道，畅通各大区域之间的沟通，这是我国今后交通运输发展的主要任务。 3进一步建设和完善客货运输系统，解决交通运输的重点问题交通运输应对将来的形势和任务，重点是建设城市间快速客运系统、城市公共运输系统、集装箱运输系统和大宗散货运输系统等四大运输系统。(1)城市间快速客运系统城市间快速客运系统主要由铁路、航空和马路等运输方式构成。依据可持续发展的国家战略，将来将大力发展轨道交通以解决城市间的快速旅客运输，包括在主要铁路干线方向上建设旅客运输专线，大